Neue Technologien für Ventilpackungen mit niedrigen Emissionen

Die geflochtene Ventilpackung 2236 ist selbstschmierend, dimensionsstabil, härtet nicht aus, ist resistent gegen Gase und Flüssigkeiten sowie gegen hohe Temperaturen, Druck und aggressive Chemikalien. Bilder Teadit

Als „Diffuse (unkontrollierte) Emissionen“ (FE für „Fugitive Emissions“) werden Emissionen von Gasen oder Dämpfen aus unter Druck stehenden Aggregaten definiert, die durch ungewollte Leckage entstehen. Diese werden meist durch industrielle Aktivitäten wie Öl- und Gasraffinerien, der chemischen und pharmazeutischen Industrie, Tanklagern oder Ähnlichem verursacht. FE entstehen typisch durch Verdunstung oder Verdampfung, Leckagen und sonstigen Austritten und stehen in direktem Zusammenhang mit den Bauteilen die ein Dichtungselement beinhalten, wie beispielswesie Flansche, Pumpen, Ventile oder Abzugsöffnungen. Eine der Hauptmerkmale von FE ist, dass sie unsichtbar sind, dies macht die Kontrolle und Handhabung solcher Emissionen sehr schwierig und komplex.

Es gibt zwei Hauptgründe für die riesigen Anstrengungen, die die Industrie unternimmt, um FE zu verhindern oder zu reduzieren: erstens die dadurch entstehende Luftverschmutzung mit ihren Auswirkungen auf das Weltklima (Ozonschicht) und die gesundheitlichen Risiken für die dort arbeitenden Personen, und zweitens die Kosten, die durch die dabei verlorengehenden Rohstoffe entstehen.  Zu beachten ist, dass die durchschnittliche Leckage-Rate einer Pumpe größer ist als die eines typischen Ventils. Da es aber in den meisten betroffenen industriellen Anlagen wesentlich mehr Ventile als Pumpen gibt, ist die Leckage aus Ventilen insgesamt höher. Aus diesem Grund liegt das Augenmerk hier auf mit Stopfbuchspackungen abgedichtete Ventile, mit speziellem Interesse auf die Technologie für Ventilpackungen mit extrem niedriger Leckage (low-leakage valve-packing technology).

Gesetzgeber macht strenge Auflagen

Die „Richtlinie für Industrieemissionen“ IED (2010/75/EC) wurde in der EU am 6. Januar 2011 in Kraft gesetzt, in der unter anderem die gut bekannte IPPC-Direktive (Integrated Pollution Prevention and Control – zu deutsch „die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung“) aufging. Die Hauptaufgabe der IED ist die Minimalisierung der Umweltverschmutzung durch Industriebetriebe.
Die wichtigsten Grundsätze der IED sind

• ganzheitliches Vorgehen,
• der Einsatz der besten verfügbaren Techniken BAT, ( = Best Available Techniques),
• Flexibilität,
• Kontrollprüfungen und
• Einbeziehen der Öffentlichkeit.

BAT – die besten zur Verfügung stehenden Techniken – haben einen direkten Einfluss auf die Lizenzbedingungen solcher Betriebe, Emissionsgrenzwerte (ELV = Emission Limit Values) müssen auf diesen BAT basieren.

Die US-Umweltschutzbehörde EPA setzt die Implementierung eines erweiterten  „LDAR-Programmes“ (Leak Detection and Repair Program = Leckageortungs- und Reparaturverfahren) im industriellen Bereich durch, mit dem der erlaubte Grad von Emissionen aus Ventilen drastisch reduziert wird. Die erlaubten Emissionsgrenzwerte von bisher 500 ppm wurden mit der Einführung des erweiterten LDAR vor kurzem auf 100 ppm herabgesetzt. Wie von der EPA festgelegt, schreibt das erweiterte LDAR-Programm den Gebrauch von „certified low-leakage valve-packing technology“ (Technologie für Ventilpackungen mit extrem niedriger Leckage) zwingend vor. Die Hersteller einer solchen Technologie sind verpflichtet, eine schriftliche Garantie abzugeben, dass die Emissionen während des Zeitraumes von fünf Jahren 100 ppm nicht überschreiten. Darüber hinaus müssen sie bestätigen, dass diese Technologie gemäß allgemein anerkannter Regeln der Technik getestet wurde und bei diesen Tests die Leckage das Limit von 100 ppm nicht überschritten hat.

Standards für Leckage-Tests

Es gibt verschiedene anerkannte Standardmethoden für die Messung von Leckagen; die am häufigsten angewendeten sind API 622, ISO 15848, der Chevron-Texaco-Qualifikationstest für Ventilpackungen sowie VDI 2440 oder TA Luft.

Es ist nötig zu unterstreichen, dass nur API 622 und der Chevron-Texaco-Standard einen direkten Vergleich des Leckage-Verhaltens von Ventilpackungen ermöglichen. Tatsächlich ist es so, dass API 622 eine gleichmäßige Prozedur für die Bewertung von Ventilpackungen und Packungssystemen bietet und damit die Basis für den Vergleich von Emissionswerten von Ventilpackungen über einen längeren Zeitraum (Lebenszyklus) darstellt.

Ventilpackung 2236 mit sehr gutem Dichtungsverhalten

Als Reaktion auf die Bedürfnisse der Industrie, die geforderte Minimalisierung der Luftverschmutzung mit einer einzigen Packungstype zu erreichen, wurde die Ventilpackung 2236 entwickelt und auf den Markt gebracht. Diese geflochtene Ventilpackung ist selbstschmierend, dimensionsstabil, härtet nicht aus, ist resistent gegen Gase und Flüssigkeiten sowie gegen hohe Temperaturen, Druck und aggressive Chemikalien. Aus einer Studie gemeinsam mit zwei der wichtigsten Raffinerie-Gruppen entstand die Idee der neuen Technologie, die bei der Herstellung dieses Produktes angewendet wird. Umfangreiche Testserien wurden durchgeführt um die Flechtkonstruktion und Imprägnierung zu optimieren, die den Hauptvorteil des Typs 2236 darstellen.

Der Vergleichstest zeigt die Reduktion der Leckage, die mit 2236 erreicht wurde im Vergleich zu den zwei bis dato am besten funktionierenden herkömmlichen Produkten, die in den zwei Raffinerien bisher verwendet wurden. Die Bedeutung dieser Neuentwicklung ist auch dadurch so signifikant, weil diese Reduktion der Leckage mit einer einzigen Packung erreicht wurde, während bisher Packungssätze, bestehend aus zwei oder mehr verschiedener Packungstypen, verwendet wurden. Der Vorteil für die Industrie ist daher zweifach, stark reduzierte Emissionen einerseits, und vereinfachte Installation mit Minimierung der Fehlerquellen andererseits. Es ist offensichtlich, dass dadurch auch die direkten Kosten für den Anwender reduziert werden konnten.

Ein wichtiger Teil des 2236-Systems ist ein kontrolliertes, definiertes Anzugsmoment. Nach Eingabe des Mediendrucks, des Ventilspindel-Durchmessers, des Packungsquerschnittes und der Größe der Brillenbolzen wird dem  Anwender das korrekte Drehmoment für die Brille ausgegeben, das nötig ist, die gewünschten niedrigen Leckagewerte zu erreichen. Die Werte des Reibwiderstands an der Ventilspindel, die nötig sind, um das Ventil zu öffnen und zu schließen, werden durch das kontrollierte Drehmoment bei der Installation der Packung 2236 nicht geändert und bleiben im Standardbereich.

Die Ventilpackung 2236 wurde nach API 622 getestet und erreichte sehr gute Werte für ihr Dichtungsverhalten, nämlich eine durchschnittliche Leckage von nur 2 ppm. Durch dieses Ergebnis ist die Ventilpackung eines der ersten Produkte auf dem Markt, das sich nach der EPA-Definition als „certified low-leakage valve-packing technology“ (Technologie für Ventilpackungen mit extrem niedriger Leckage) qualifiziert hat und gleichzeitig laut der EU Industrial Emission Directive (IED) als BAT (best available technique) angesehen wird. Die Packung ist natürlich TA-Luft zertifiziert.